マグマ噴火・マグマ水蒸気噴火で生じる大規模火砕流の到達距離に関する数値的研究

岩浆和岩浆喷发引起的大规模火山碎屑流范围的数值研究

基本信息

批准号：
21K14018
负责人：
志水宏行
金额：
$ 1.75万
依托单位：
National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

大規模な爆発的火山噴火(マグマ噴火・マグマ水蒸気噴火)において発生する火砕流の振る舞いは，流れ内部の粒子濃度の成層構造の効果，流れ内部に水(液体)が含まれる効果，流れ底面での地形の効果，の複数の要因に支配され，到達距離などの基本的かつ重要な問題が未解明のままである．応募者はこれまでの研究において，成層構造の効果を適切に考慮した水平方向に対して1次元軸対称の火砕流数値モデルを開発した．本研究では，これまでに開発した数値モデルを，水蒸気と水(液体)の状態変化の効果を考慮でき，かつ，実際の地形データ上での計算が可能な2次元数値コードに拡張することにより，マグマ噴火・マグマ水蒸気噴火由来の大規模火砕流の到達距離を統一的かつ実証的に再現・理解することを目指す．2021年度においては，目標とするモデルの基礎となる既存1次元火砕流数値モデルに対して，他研究機関における室内実験との比較に基づくベンチマークテストを行い，当該モデルの有効性を確認した．この成果については，論文として国際誌に公表した．さらに，検証した既存1次元火砕流数値モデルを，水蒸気と水(液体)の状態変化の効果を評価できるモデルへ拡張し，広範なパラメータスタディを行い，マグマ噴火・マグマ水蒸気噴火など多様な噴火様式における火砕流の到達距離の支配要因について明らかにした．2022年度においては，2021年度に開発した水蒸気と水(液体)の状態変化の効果を考慮できる1次元火砕流数値モデルを，実際の地形データ上での計算が可能な2次元数値コードに拡張した．この2次元火砕流コードは，実在地形上での雪崩に対する既存2次元数値コード(faSavageHutterFOAM)を基に開発した．この新モデルにより，マグマ噴火・マグマ水蒸気噴火由来の実際の大規模火砕流の到達距離を統一的かつ実証的に再現・理解することが可能となった．

大规模爆发性火山喷发（岩浆喷发和热岩浆喷发）期间发生的火山碎屑流的行为是由流内颗粒浓度的分层结构的影响以及流内包含的水（液体）的影响决定的，以及水（液体）在流动底部的影响，由于地形影响等多种因素，到达距离等基本和重要问题仍未得到解答。在之前的研究中，申请人开发了考虑层状结构影响的一维轴对称火山碎屑流数值模型。在这项研究中，我们将迄今为止开发的数值模型扩展为二维数值代码，可以考虑水蒸气和水（液体）状态变化的影响，并且可以对实际地形数据进行计算。旨在统一地、凭经验地再现和了解岩浆和岩浆喷发产生的大规模火山碎屑流的传播距离。 2021财年，我们对作为目标模型基础的现有一维火山碎屑流数值模型进行了与其他研究机构实验室实验比较的基准测试，并证实了模型的有效性。该成果以论文形式发表在国际期刊上。此外，我们将已验证的现有一维火山碎屑流数值模型扩展为可以评估水蒸气和水（液体）状态变化影响的模型，并进行了广泛的参数研究，明确了影响到达距离的因素。的火山碎屑流。 2022财年，我们将2021财年开发的一维火山碎屑流数值模型扩展为可以计算水蒸气和水（液体）状态变化影响的二维数值代码实际地形数据。该二维火山碎屑流代码是基于现有的针对真实地形雪崩的二维数值代码 (faSavageHutterFOAM) 开发的。这个新模型使得能够统一地、凭经验地再现和理解由岩浆和岩浆喷发产生的实际大规模火山碎屑流所行进的距离。